Ⅰ.El concepte bàsic del tractament tèrmic.
A.El concepte bàsic del tractament tèrmic.
Els elements bàsics i les funcions detractament tèrmic:
1. Calefacció
La finalitat és obtenir una estructura d'austenita uniforme i fina.
2.Sostenint
L'objectiu és assegurar-se que la peça s'escalfi a fons i evitar la descarburació i l'oxidació.
3.Refrigeració
L'objectiu és transformar l'austenita en diferents microestructures.
Microestructures després del tractament tèrmic
Durant el procés de refredament després de l'escalfament i la conservació, l'austenita es transforma en diferents microestructures en funció de la velocitat de refredament. Les diferents microestructures presenten diferents propietats.
B.El concepte bàsic del tractament tèrmic.
Classificació basada en mètodes de calefacció i refrigeració, així com la microestructura i propietats de l'acer
1. Tractament tèrmic convencional (tractament tèrmic general): temperat, recuit, normalització, extinció
2. Tractament tèrmic superficial: extinció de superfícies, extinció de superfícies de calefacció per inducció, extinció de superfícies de calefacció de flama, extinció de superfícies de calefacció per contacte elèctric.
3. Tractament tèrmic químic: carburació, nitruració, carbonitruració.
4. Altres tractaments tèrmics: tractament tèrmic d'atmosfera controlada, tractament tèrmic al buit, tractament tèrmic de deformació.
C.Temperatura crítica dels acers
La temperatura crítica de transformació de l'acer és una base important per determinar els processos d'escalfament, manteniment i refrigeració durant el tractament tèrmic. Es determina pel diagrama de fases ferro-carboni.
Conclusió clau:La temperatura de transformació crítica real de l'acer sempre queda per darrere de la temperatura de transformació crítica teòrica. Això vol dir que es requereix un sobreescalfament durant l'escalfament i un refredament inferior durant el refredament.
Ⅱ.Recuit i Normalització d'Acer
1. Definició de recuit
El recuit consisteix a escalfar l'acer a una temperatura per sobre o per sota del punt crític Ac₁ mantenint-lo a aquesta temperatura, i després refredar-lo lentament, generalment dins del forn, per aconseguir una estructura propera a l'equilibri.
2. Propòsit del recuit
①Ajusta la duresa per al mecanitzat: aconseguint una duresa mecanitzable en el rang de HB170 ~ 230.
②Alleuja l'estrès residual: evita la deformació o l'esquerda durant els processos posteriors.
③Refina l'estructura del gra: millora la microestructura.
④Preparació per al tractament tèrmic final: s'obté perlita granular (esferoïdal) per a l'extinció i el tremp posterior.
3.Recuit esferoiditzant
Especificacions del procés: la temperatura de calefacció és propera al punt Ac₁.
Propòsit: esferoidir la cementita o els carburs de l'acer, donant lloc a perlita granular (esferoiitzada).
Interval aplicable: s'utilitza per a acers amb composicions eutectoides i hipereutectoides.
4. Recuit difusiu (recuit homogeneïtzador)
Especificacions del procés: la temperatura d'escalfament està lleugerament per sota de la línia de solvus al diagrama de fases.
Finalitat: Eliminar la segregació.
①Per a baix-acer al carboniamb un contingut de carboni inferior al 0,25%, es prefereix la normalització sobre el recuit com a tractament tèrmic preparatori.
②Per a l'acer de carboni mitjà amb un contingut de carboni entre el 0,25% i el 0,50%, es pot utilitzar el recuit o la normalització com a tractament tèrmic preparatori.
③Per a acers de carboni mitjà i alt amb un contingut de carboni entre el 0,50% i el 0,75%, es recomana el recuit complet.
④Per alt-acer al carboniamb un contingut de carboni superior al 0,75%, primer s'utilitza la normalització per eliminar la xarxa Fe₃C, seguida del recuit esferoidant.
Ⅲ. Trempat i tremp d'acer
A.Apagat
1. Definició de trempat: l'extinció consisteix a escalfar l'acer a una temperatura determinada per sobre del punt Ac₃ o Ac₁, mantenir-lo a aquesta temperatura i després refredar-lo a una velocitat superior a la velocitat de refredament crítica per formar martensita.
2. Propòsit de l'extinció: l'objectiu principal és obtenir martensita (o de vegades bainita inferior) per augmentar la duresa i la resistència al desgast de l'acer. L'extinció és un dels processos de tractament tèrmic més importants de l'acer.
3.Determinació de temperatures de trempat per a diferents tipus d'acer
Acer hipoeutectoide: Ac₃ + 30 °C a 50 °C
Acer eutectoide i hipereutectoide: Ac₁ + 30 °C a 50 °C
Acer d'aliatge: de 50 °C a 100 °C per sobre de la temperatura crítica
4.Característiques de refredament d'un mitjà d'extinció ideal:
Refredament lent abans de la temperatura del "nas": per reduir suficientment l'estrès tèrmic.
Alta capacitat de refrigeració a prop de la temperatura del "nas": per evitar la formació d'estructures no martensítiques.
Refredament lent prop del punt M₅: per minimitzar l'estrès induït per la transformació martensítica.
5. Mètodes d'extinció i les seves característiques:
① Apagat senzill: fàcil d'operar i adequat per a peces de treball petites i de forma senzilla. La microestructura resultant és la martensita (M).
② Doble trempada: més complex i difícil de controlar, utilitzat per a peces d'acer d'alt carboni de forma complexa i peces d'acer aliat més grans. La microestructura resultant és la martensita (M).
③Broken Quenching: un procés més complex, utilitzat per a peces de treball d'acer aliat de forma complexa i grans. La microestructura resultant és la martensita (M).
④ Enduriment isotèrmic: s'utilitza per a peces de treball petites i complexes amb requisits elevats. La microestructura resultant és bainita inferior (B).
6.Factors que afecten la tempabilitat
El nivell d'enduribilitat depèn de l'estabilitat de l'austenita sobrerefrigerada en acer. Com més gran sigui l'estabilitat de l'austenita superrefrigerada, millor serà la templabilitat, i viceversa.
Factors que influeixen en l'estabilitat de l'austenita superrefrigerada:
Posició de la corba C: si la corba C es desplaça cap a la dreta, la velocitat de refrigeració crítica per a l'extinció disminueix, millorant la tempabilitat.
Conclusió clau:
Qualsevol factor que desplaça la corba C cap a la dreta augmenta la tempabilitat de l'acer.
Factor principal:
Composició química: excepte el cobalt (Co), tots els elements d'aliatge dissolts en austenita augmenten la tempabilitat.
Com més a prop estigui el contingut de carboni de la composició eutectoide de l'acer al carboni, més es desplaça la corba C cap a la dreta i més gran és la templabilitat.
7.Determinació i representació de la tempabilitat
①Prova de templabilitat final: la templabilitat es mesura mitjançant el mètode de prova d'extinció final.
② Mètode del diàmetre crític de trempat: el diàmetre crític de trempat (D₀) representa el diàmetre màxim d'acer que es pot endurir completament en un medi de trempat específic.
B. Tremp
1. Definició de tremp
El tremp és un procés de tractament tèrmic on l'acer trempat es torna a escalfar a una temperatura inferior al punt A₁, es manté a aquesta temperatura i després es refreda a temperatura ambient.
2. Propòsit del tremp
Reduir o eliminar l'esforç residual: evita la deformació o l'esquerda de la peça.
Reduir o eliminar l'austenita residual: estabilitza les dimensions de la peça.
Elimina la fragilitat de l'acer tret: ajusta la microestructura i les propietats per satisfer els requisits de la peça.
Nota important: l'acer s'ha de temperar ràpidament després de l'extinció.
3.Processos de temperat
1. Baix temperament
Propòsit: reduir l'estrès d'extinció, millorar la duresa de la peça i aconseguir una gran duresa i resistència al desgast.
Temperatura: 150 °C ~ 250 °C.
Rendiment: Duresa: HRC 58 ~ 64. Alta duresa i resistència al desgast.
Aplicacions: Eines, motlles, coixinets, peces cementades i components endurits per superfície.
2.Alt temperament
Propòsit: aconseguir una alta tenacitat juntament amb una resistència i duresa suficients.
Temperatura: 500 °C ~ 600 °C.
Rendiment: Duresa: HRC 25 ~ 35. Bones propietats mecàniques generals.
Aplicacions: eixos, engranatges, bielles, etc.
Refinació tèrmica
Definició: el tremp seguit d'un tremp a alta temperatura s'anomena refinament tèrmic, o simplement tremp. L'acer tractat per aquest procés té un rendiment global excel·lent i s'utilitza àmpliament.
Ⅳ. Tractament tèrmic superficial de l'acer
A. Trempat superficial d'acers
1. Definició d'enduriment superficial
L'enduriment superficial és un procés de tractament tèrmic dissenyat per enfortir la capa superficial d'una peça de treball escalfant-la ràpidament per transformar la capa superficial en austenita i després refredar-la ràpidament. Aquest procés es realitza sense alterar la composició química de l'acer ni l'estructura central del material.
2. Materials utilitzats per a l'enduriment superficial i l'estructura de post-enduriment
Materials utilitzats per a l'enduriment superficial
Materials típics: acer de carboni mitjà i acer d'aliatge de carboni mitjà.
Pretractament: Procés típic: Tremp. Si les propietats del nucli no són crítiques, es pot utilitzar la normalització.
Estructura post-enduriment
Estructura superficial: la capa superficial normalment forma una estructura endurida com la martensita o la bainita, que proporciona una gran duresa i resistència al desgast.
Estructura del nucli: el nucli de l'acer generalment conserva la seva estructura original, com ara perlita o estat temperat, depenent del procés de pretractament i de les propietats del material base. Això garanteix que el nucli mantingui una bona duresa i força.
B.Característiques de l'enduriment superficial per inducció
1. Alta temperatura d'escalfament i augment ràpid de la temperatura: l'enduriment de la superfície per inducció normalment implica altes temperatures d'escalfament i velocitats d'escalfament ràpides, cosa que permet un escalfament ràpid en poc temps.
2.Estructura de gra d'austenita fina a la capa superficial: durant el ràpid procés d'escalfament i el posterior procés d'extinció, la capa superficial forma grans d'austenita fins. Després de l'extinció, la superfície consisteix principalment en martensita fina, amb una duresa típicament 2-3 HRC superior a la de l'extinció convencional.
3. Bona qualitat de la superfície: a causa del curt temps d'escalfament, la superfície de la peça és menys propensa a l'oxidació i la descarburació, i la deformació induïda per l'extinció es minimitza, assegurant una bona qualitat de la superfície.
4.Alta resistència a la fatiga: la transformació de la fase martensítica a la capa superficial genera estrès a la compressió, que augmenta la resistència a la fatiga de la peça.
5. Alta eficiència de producció: l'enduriment de la superfície per inducció és adequat per a la producció en massa, oferint una alta eficiència operativa.
C. Classificació del tractament tèrmic químic
Carburació, carburació, carburació, cromatització, siliconització, siliconització, siliconització, carbonitruració, borocarburització
D. Carburació de gas
La carburació de gas és un procés on una peça de treball es col·loca en un forn de carburació de gas segellat i s'escalfa a una temperatura que transforma l'acer en austenita. A continuació, s'aboca un agent de carburació al forn o s'introdueix directament una atmosfera de carburació, permetent que els àtoms de carboni es difonguin a la capa superficial de la peça de treball. Aquest procés augmenta el contingut de carboni (wc%) a la superfície de la peça.
√ Agents de carburació:
•Gasos rics en carboni: com el gas carbó, el gas liquat del petroli (GLP), etc.
•Líquids Orgànics: Com querosè, metanol, benzè, etc.
√ Paràmetres del procés de carburació:
•Temperatura de carburació: 920~950°C.
•Temps de carburació: depèn de la profunditat desitjada de la capa carburitzada i de la temperatura de carburació.
E. Tractament tèrmic després de la carburació
L'acer ha de sotmetre's a un tractament tèrmic després de la cementació.
Procés de tractament tèrmic després de la carburació:
√Apagat + temperat a baixa temperatura
1.Apagat directe després del prerefrigerament + temperat a baixa temperatura: la peça es refreda prèviament des de la temperatura de cementació fins just per sobre de la temperatura Ar₁ del nucli i després s'apaga immediatament, seguit d'un temperat a baixa temperatura a 160 ~ 180 °C.
2.Apagat únic després del prerefrigerament + temperat a baixa temperatura: després de la cementació, la peça de treball es refreda lentament a temperatura ambient i després es torna a escalfar per a l'extinció i el temperat a baixa temperatura.
3.Doble apagada després del prerefrigerament + temperat a baixa temperatura: després de la cementació i el refredament lent, la peça de treball passa per dues etapes d'escalfament i trempada, seguida d'un temperat a baixa temperatura.
Ⅴ.Tractament tèrmic químic dels acers
1.Definició de tractament tèrmic químic
El tractament tèrmic químic és un procés de tractament tèrmic en què una peça d'acer es col·loca en un medi actiu específic, s'escalfa i es manté a temperatura, permetent que els àtoms actius del medi es difonguin a la superfície de la peça. Això canvia la composició química i la microestructura de la superfície de la peça, alterant així les seves propietats.
2.Procés bàsic de tractament tèrmic químic
Descomposició: durant l'escalfament, el medi actiu es descompon, alliberant àtoms actius.
Absorció: els àtoms actius són adsorbits per la superfície de l'acer i es dissolen en la solució sòlida de l'acer.
Difusió: els àtoms actius absorbits i dissolts a la superfície de l'acer migren cap a l'interior.
Tipus d'enduriment superficial per inducció
a. Calefacció per inducció d'alta freqüència
Freqüència actual: 250~300 kHz.
Profunditat de la capa endurida: 0,5 ~ 2,0 mm.
Aplicacions: Engranatges de mòduls mitjans i petits i eixos de mida petita i mitjana.
b. Calefacció per inducció de freqüència mitjana
Freqüència actual: 2500 ~ 8000 kHz.
Profunditat de la capa endurida: 2~10 mm.
Aplicacions: eixos més grans i engranatges de mòduls grans i mitjans.
c.Potència-Freqüència de calefacció per inducció
Freqüència actual: 50 Hz.
Profunditat de la capa endurida: 10~15 mm.
Aplicacions: Peces que requereixen una capa molt endurida.
3. Enduriment superficial per inducció
Principi bàsic de l'enduriment superficial per inducció
Efecte de la pell:
Quan el corrent altern a la bobina d'inducció indueix un corrent a la superfície de la peça de treball, la majoria del corrent induït es concentra a prop de la superfície, mentre que gairebé cap corrent passa per l'interior de la peça. Aquest fenomen es coneix com a efecte pell.
Principi d'enduriment superficial per inducció:
En funció de l'efecte de la pell, la superfície de la peça de treball s'escalfa ràpidament a la temperatura d'austenització (pujant a 800 ~ 1000 ° C en pocs segons), mentre que l'interior de la peça es manté gairebé sense escalfar. A continuació, la peça de treball es refreda mitjançant polvorització d'aigua, aconseguint un enduriment superficial.
4. Temperament fragilitat
Temprament de la fragilitat en l'acer tret
La fragilitat del tremp es refereix al fenomen en què la resistència a l'impacte de l'acer trempat disminueix significativament quan es tempera a determinades temperatures.
Primer tipus de fragilitat temperat
Interval de temperatura: 250 °C a 350 °C.
Característiques: Si l'acer trempat es tempera dins d'aquest rang de temperatura, és molt probable que desenvolupi aquest tipus de fragilitat de trempat, que no es pot eliminar.
Solució: Eviteu temperar l'acer temperat dins d'aquest rang de temperatura.
El primer tipus de fragilitat del tremp també es coneix com fragilitat del tremp a baixa temperatura o fragilitat del tremp irreversible.
Ⅵ.Tenir
1. El tremp és un procés final de tractament tèrmic que segueix l'extinció.
Per què els acers trempats necessiten tremps?
Microestructura després de l'extinció: després de l'extinció, la microestructura de l'acer consisteix normalment en martensita i austenita residual. Ambdues són fases metaestables i es transformaran en determinades condicions.
Propietats de la martensita: la martensita es caracteritza per una gran duresa, però també una gran fragilitat (especialment en martensita similar a una agulla alta en carboni), que no compleix els requisits de rendiment per a moltes aplicacions.
Característiques de la transformació martensítica: la transformació a martensita es produeix molt ràpidament. Després de l'extinció, la peça té tensions internes residuals que poden provocar deformacions o esquerdes.
Conclusió: la peça no es pot utilitzar directament després de l'extinció! El tremp és necessari per reduir les tensions internes i millorar la duresa de la peça, fent-la adequada per al seu ús.
2. Diferència entre enduriment i capacitat d'enduriment:
Temperabilitat:
L'enduribilitat es refereix a la capacitat de l'acer d'aconseguir una certa profunditat d'enduriment (la profunditat de la capa endurida) després de l'extinció. Depèn de la composició i estructura de l'acer, especialment dels seus elements d'aliatge i del tipus d'acer. L'enduribilitat és una mesura de com de bé l'acer pot endurir-se al llarg del seu gruix durant el procés de trempat.
Duresa (capacitat d'enduriment):
La duresa, o capacitat d'enduriment, es refereix a la duresa màxima que es pot aconseguir en l'acer després de l'extinció. Està molt influenciat pel contingut de carboni de l'acer. Un contingut de carboni més elevat generalment condueix a una duresa potencial més alta, però això pot estar limitat pels elements d'aliatge de l'acer i l'eficàcia del procés d'extinció.
3. Enduriment de l'acer
√Concepte d'enduribilitat
L'enduribilitat es refereix a la capacitat de l'acer d'aconseguir una certa profunditat d'enduriment martensític després de l'extinció a partir de la temperatura d'austenització. En termes més senzills, és la capacitat de l'acer de formar martensita durant l'extinció.
Mesura de l'enduribilitat
La mida de l'enduribilitat s'indica per la profunditat de la capa endurida obtinguda en condicions especificades després de l'extinció.
Profunditat de la capa endurida: és la profunditat des de la superfície de la peça fins a la regió on l'estructura és mitja martensita.
Mitjans d'extinció comuns:
•Aigua
Característiques: Econòmic amb una forta capacitat de refrigeració, però té una alta velocitat de refrigeració prop del punt d'ebullició, que pot provocar un refredament excessiu.
Aplicació: S'utilitza habitualment per a acers al carboni.
Aigua salada: una solució de sal o àlcali en aigua, que té una capacitat de refrigeració més elevada a altes temperatures en comparació amb l'aigua, la qual cosa la fa apta per a acers al carboni.
•Oli
Característiques: Proporciona una velocitat de refredament més lenta a baixes temperatures (prop del punt d'ebullició), que redueix eficaçment la tendència a la deformació i l'esquerda, però té una capacitat de refrigeració més baixa a altes temperatures.
Aplicació: Apte per a acers aliats.
Tipus: Inclou oli d'extinció, oli de màquina i gasoil.
Temps de calefacció
El temps d'escalfament consta tant de la velocitat d'escalfament (temps necessari per assolir la temperatura desitjada) com del temps de manteniment (temps de manteniment a la temperatura objectiu).
Principis per determinar el temps d'escalfament: Assegureu-vos una distribució uniforme de la temperatura a tota la peça, tant a l'interior com a l'exterior.
Assegureu-vos una austenitització completa i que l'austenita formada sigui uniforme i fina.
Bases per determinar el temps d'escalfament: normalment s'estima mitjançant fórmules empíriques o es determina mitjançant l'experimentació.
Mitjans d'extinció
Dos aspectes clau:
a.Taxa de refredament: una velocitat de refredament més alta afavoreix la formació de martensita.
b.Estrès residual: una velocitat de refrigeració més alta augmenta la tensió residual, la qual cosa pot provocar una major tendència a la deformació i esquerdes a la peça.
Ⅶ.Normalitzant
1. Definició de Normalitzar
La normalització és un procés de tractament tèrmic en què l'acer s'escalfa a una temperatura de 30 °C a 50 °C per sobre de la temperatura Ac3, es manté a aquesta temperatura i després es refreda per aire per obtenir una microestructura propera a l'estat d'equilibri. En comparació amb el recuit, la normalització té una velocitat de refredament més ràpida, donant lloc a una estructura de perlita més fina (P) i una major resistència i duresa.
2. Finalitat de la normalització
La finalitat de la normalització és similar a la del recuit.
3. Aplicacions de la Normalització
•Eliminar la cementita secundària en xarxa.
•Servir com a tractament tèrmic final per a peces amb menors requisits.
•Actuar com a tractament tèrmic preparatori per a acers estructurals de carboni baix i mitjà per millorar la mecanització.
4.Tipus de recuit
Primer tipus de recuit:
Propòsit i funció: l'objectiu no és induir la transformació de fase, sinó fer la transició de l'acer d'un estat desequilibrat a un estat equilibrat.
Tipus:
•Recuit per difusió: Pretén homogeneïtzar la composició eliminant la segregació.
•Recuit de recristal·lització: Restaura la ductilitat eliminant els efectes de l'enduriment per treball.
•Recuit amb alleujament de l'estrès: redueix les tensions internes sense alterar la microestructura.
Segon tipus de recuit:
Finalitat i funció: Pretén canviar la microestructura i les propietats, aconseguint una microestructura dominada per perlita. Aquest tipus també garanteix que la distribució i la morfologia de la perlita, la ferrita i els carburs compleixin requisits específics.
Tipus:
•Recuit complet: escalfa l'acer per sobre de la temperatura Ac3 i després el refreda lentament per produir una estructura de perlita uniforme.
•Recuit incomplet: Escalfa l'acer entre temperatures Ac1 i Ac3 per transformar parcialment l'estructura.
•Recuit isotèrmic: Escalfa l'acer per sobre d'Ac3, seguit d'un refredament ràpid a una temperatura isotèrmica i mantenint-lo per aconseguir l'estructura desitjada.
•Recuit esferoïdal: produeix una estructura de carbur esferoïdal, millorant la maquinabilitat i la tenacitat.
Ⅷ.1.Definició de tractament tèrmic
El tractament tèrmic es refereix a un procés en què el metall s'escalfa, es manté a una temperatura específica i després es refreda mentre està en estat sòlid per alterar la seva estructura interna i microestructura, aconseguint així les propietats desitjades.
2.Característiques del Tractament tèrmic
El tractament tèrmic no canvia la forma de la peça; en canvi, altera l'estructura interna i la microestructura de l'acer, que al seu torn canvia les propietats de l'acer.
3. Propòsit del tractament tèrmic
El propòsit del tractament tèrmic és millorar les propietats mecàniques o de processament de l'acer (o peces de treball), aprofitar plenament el potencial de l'acer, millorar la qualitat de la peça i allargar la seva vida útil.
4. Conclusió clau
Que les propietats d'un material es puguin millorar mitjançant el tractament tèrmic depèn de manera crítica de si hi ha canvis en la seva microestructura i estructura durant el procés d'escalfament i refrigeració.
Hora de publicació: 19-agost-2024